CC BY
138
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
варианте с дополнительным применением ЖФБ содержание нитратов было наименьшим.
Общая урожайность раннего сорта картофеля «Жуковский» в вариантах с применением удобрений БиГуЭм и БиГуЭм+ЖФБ была выше по сравнению с вариантом б/у в среднем на 35%, а товарная ~ на 25% (табл. 1).
Таким образом, применение нового биоудобрения БиГуЭм на посадках картофеля путем локального внесения оказало положительное влияние на почву и растения картофеля:
- окислительно-восстановительные коэффициенты (ОВК) свидетельствовали о равенстве процессов синтеза и распада, протекающих в почве и обеспечивающих тем самым равномерное извлечение растениями элементов питания;
- более низкое количество микроорганизмов амилолитической группы обеспечивало, возможно, более эффективное потребление растениями поступающих форм минерального азота;
- отмечено небольшое количество почвенных микроскопических грибов, среди которых встречается немало возбудителей болезней растений;
- в начале вегетации картофеля в почве было обнаружено достаточно высокое содержание элементов питания, необходимых растениям ранних сортов для формирования будущего урожая;
- за счет интенсивного поступления калия в клубнях происходило накопление углеводов, увеличивалось содержание и отмечалось достаточно низкое нитратонакопление в получаемой продукции, особенно при совместном применении с ЖФБ.
Итак, отмечаемое нами положительное воздействие апробируемых биосредств однозначно работает при использовании только БиГуЭм, однако, при совместном использовании БиГуЭм и ЖФБ эффект также наблюдали, но в виде тенденции, поэтому на данном этапе исследований применение ЖФБ по фону БиГуЭм нельзя считать необходимым. Требуется дополнительное тестирование данного сочетания биосредств на картофеле, чтобы вынести определяющий вердикт. Список использованной литературы:
1. Рабинович Г.Ю. Биоконверсия органического сырья: дисс...докт. биол. наук: 06.01.14 /Рабинович Галина Юрьевна. - Тверь, 2000. - 406 с.
2. Агрохимия /Смирнов П.М., Муравин Э.А. - М, Колос, 1984. - 304 с.
3. Агрохимия и физиология питания растений /Петербургский А.В. - М, Россельхозиздат, 1981. - 184 с.
4.Агрохимия: Учебник /Минеев В.Г. - М, Изд-во МГУ, 1990. - 486 с.
© Рабинович Г.Ю., Тихомирова Д.В., 2016
УДК. 573.2
Ю.Е Синий
Преподаватель биологии А.А.Сидоров к.ф.м.н., доцент каф. экспериментальной и теоретической физики БГУ им. академ. И.Г. Петровского г. Брянск, Российская Федерация
О НЕКОТОРЫХ ЧАСТНЫХ ФЕНОМЕНАХ МОЗГА И ИХ МЕХАНИЗМАХ
Аннотация
В работе предлагается иная интерпретация для целого ряда принятых в нейробиологии положений. Таких как проведение нервных импульсов по аксону и через синапс, реверберация нервных импульсов по локальным замкнутым нейронным сетям и другие. Делается попытка определить или уточнить некоторые
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
понятия, в определении которых имеются существенные разногласия среди исследователей. Такие как «свобода воли», «эмоции», «память», «сознание» и другие. Предложенные выводы могут изменить некоторые представления о механизмах работы мозга.
Ключевые слова Аксон, синапс, реверберация, свобода воли, эмоции, память, сознание.
Сегодняшняя нейронаука не может даже подступиться к решению вопроса о механизмах работы мозга. Д. Хьюбел и Т. Визель в статье «Центральные механизмы зрения» [8, c.168] признают: «Понимание ... этого большого и незаменимого органа пока еще находится в жалком состоянии. Частично это объясняется тем, что он очень сложен, а частично тем, что интуитивные предположения нейробиологов относительно его функций часто оказываются неверными». Флойд Блум и др. «Мозг, разум и поведение» [2,с.23]
пишут: «В результате с таким трудом завоеванных открытий возникла столь сложная картина строения мозга даже у мелких животных, что воображение отказывается ей верить. ...Ни одна модель, как бы хорошо она не воспроизводила элементы мозговой деятельности, не будет признана полностью приемлемой, если она не сможет предсказать такие особенности мозга, которые на данный момент не очевидны. Наша цель состоит не в том, чтобы создать модель или машину, способную воспроизвести и объяснить кое-что из того, что, как нам уже известно, может делать мозг. Удачной моделью скорее будет та, которая объяснит, что же именно делает мозг и как он это делает». Фрэнсис Крик в статье «Мысли о мозге» [8, с.257- 258] заметил: «... несмотря на непрерывное накопление детальных сведений то, как работает человеческий мозг по-прежнему окутано глубокой тайной. Некоторые функции человека, как мне кажется, не доступны пониманию на современном уровне наших знаний. Мы чувствуем, что есть нечто, трудно объяснимое, но мы почти не в состоянии ясно и четко выразить, в чем состоит трудность. Это наводит на мысль, что весь наш способ мышления о таких проблемах, возможно ошибочен...». И далее: «Раздумывая о себе самом, человеческий мозг открыл некоторые поразительные факты. Чтобы понять, как он работает, очевидно, нужны новые методики его исследования и новая система понятий».
Однако, разгадать принципы работы мозга отнюдь не означает понять феномен сознания. Механизмы работы мозга одинаковы как у существ, обладающих сознанием или его элементами, так и у низших животных, таким качеством не обладающих. Один из крупнейших теоретиков проблемы духовного и физического Томас Нагель говорит, что попытки обнаружить связь между ментальным и физическим подводят к ситуации «немыслимости» такой связи, ее «невообразимости». Описание ментальных явлений и определенных мозговых процессов, с которыми необходимо связано некое переживание, настолько различны, что понимание смысла этой связи оказывается в высшей степени затруднительным. Здесь, по выражению Нагеля, имеет место «провал в объяснении». И для того чтобы его преодолеть, необходима новая система понятий, которая была бы способна логически объединять столь разные системы описания. И далее, Нагель считает, что сейчас ни у кого нет правдоподобного ответа на проблему духа и тела. В решении этой проблемы возник тупик. Между сознанием и мозговыми процессами существует связь, остающаяся для нас непостижимой. И в настоящее время нет таких концептуальных средств, которые позволили бы понять, каким образом субъективные и физические свойства могут одновременно быть сторонами единой сущности или процесса. И главной задачей, а, в конечном счете, и целью теоретической нейробиологии, является соотнесение неких нейрохимических (физических) процессов в мозге с актом сознания. И далее, ответ на вопрос: возможен ли искусственный интеллект на уровне сознания?
1. Несколько десятилетий назад канадский нейрофизиолог и нейрохирург Бенджамин Либет и немецкий психолог Ганс Корнхюбер ставили эксперименты на добровольцах, исследуя их свободу воли. Например, испытуемому давалась инструкция шевелить пальцем в любое время по его усмотрению в десятиминутном интервале. За три четверти секунды до начала движения пальца исследователи получали на электроэнцефалограмме потенциал, который назвали «потенциал готовности». При этом осознанное желание совершить действие почти точно совпадало с реальным началом движения пальца. Это открытие вызвало большой переполох среди философов, интересующихся проблемой свободы воли. Выходит, что событие в мозге, которое зафиксировалось электроэнцефалограммой, происходило почти на секунду раньше,
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
чем любая осознанная «воля» пошевелить пальцем, хотя у человека остается субъективное ощущение произвольного движения. Но какое же это произвольное движение, если команда мозга поступила на секунду раньше?
Журнал Spiegel пишет: «Подобное исследование, проведенное два десятка лет спустя группой ученых под руководством Джона-Дилана Хайнса показало, что задолго до того, как человек делает сознательный, по его мнению, выбор, возрастает активность участков мозга, связанных с тем или иным решением. Ученые даже могли предсказать, какое решение примет участник эксперимента, примерно за 7 секунд до того, как он это осознавал. Как правило, мы считаем, что все наши решения приняты сознательно. Результаты эксперимента ставят это убеждение под сомнение, - говорит Хайнс. - Исследование не дает ответа на вопрос, существует ли свобода воли, - добавляет он. - Речь идет о неосознанном планировании осознанного решении». (В наших терминах - осознаваемого решения). Остается неизвестным, - пишет далее Spiegel, -может ли человек после этого планирования изменить принятое мозгом решение? Мы ответим на этот вопрос: разумеется, может. Достаточно лишь за мгновение до совершения заданного действия воткнуть испытуемому шило в известное место. (Понятно, что "шило" - это метафора). И мозг тут же изменит свое решение в ответ на предъявленное ему новое требование. Другими словами: на предъявленное ему требование, ваш мозг находит адекватное решение (или правильнее - адекватную реакцию) без участия вашего "Я", или вашей "Личности", или вашей "Воли". И лишь затем, в некоторых случаях, вы можете это его "решение" осознать. Под предъявляемым требованием мы понимаем всякое воздействие на любые рецепторные системы, в том числе на внутренние рецепторы.
Итак, свобода воли - это иллюзия. Иллюзия того, что мы можем совершать какие-то действия произвольно, возникает оттого, что мы эти действия осознаем. Таким образом, в настоящем контексте, мы вообще не можем говорить о каких-то сознательных действиях. Речь может идти лишь об осознаваемых действиях. То есть, сначала действие, моторное или интеллектуальное, затем - его осознание. Осознание как бы является дополнительным (лишним) шагом в анализе поступающей в мозг информации. Поэтому и все осознаваемые действия осуществляются медленнее и неувереннее, чем неосознаваемые, и заметить это может каждый на собственном опыте. В свое время М.Де-Лонг показал, что клетки базальных ганглиев разряжаются задолго до произвольных движений, совершаемых животным в ответ на сигналы (на стимулы) Согласно многочисленным наблюдениям, базальные ганглии имеют решающее значение для самых ранних стадий инициации движения - стадий, когда в результате еще не разгаданных процессов, абстрактная мысль переводится в конкретный двигательный акт [8, с. 215]. Согласно нашей точке зрения, в этом высказывании нобелевского лауреата Э.Эвартса присутствует методологическая ошибка: не абстрактная мысль переводится в конкретный двигательный акт, но конкретный двигательный акт переводится в абстрактную мысль, то есть осознается. Таким образом, многие исследователи, по сути, отождествляют понятие "сознание" с понятием "свобода воли ". Выше сказанное призвано утвердить одну, казалось бы, парадоксальную мысль: человек в полной мере обладает сознанием, но, при этом, не обладает свободой воли.
С нашей точки зрения, неприятие идеи вторичности сознания (осознания) по отношению к действию может сделать задачу понимания этого феномена принципиально неразрешимой.
В Ветхом Завете сказано, что Бог создал человека по своему подобию, наделив его свободой воли. Доказательство отсутствия, на самом деле, свободы воли у человека, не разрушает ли некоторые теологические конструкции?
2. Исследования работы зрительного анализатора, проведенные в лаборатории В.Д.Глезера [4] в Колтушах под С-Петербургом показали, что испытуемый одну из двух, известных ему картинок-образов распознает за 15 миллисекунд. Одну из четырех - за 30 мсек., одну из восьми - за 45 мсек., и т.д. Эту закономерность можно выразить простой формулой: Y=15log2X, которой описывается, так называемый, поиск по дереву признаков. Здесь Х - количество предъявленных картинок-образов, Y - время распознавания, коэффициент 15 - 15 мсек. - время распознавания одной картинки из двух известных. Если испытуемому заранее не показывали картинок, он распознавал предъявленную ему картинку-образ за 150 мсек. Результат понятен, если учесть, что в любом языке таких картинок-образов (лиса, сачок, бабочка и т.п.) всего около тысячи. Тогда, Y=15 log2 1024 = 150. Достоверно известно, что картинка сохраняется в
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
кратковременной памяти 250 мсек. [6] Нет оснований думать, что слуховой анализатор работает менее эффективно, чем зрительный. Но слов-понятий и выражений, по меньшей мере, на два порядка больше чем картинок-образов. Если мы подставим в это выражение вместо Y значение 250 мсек., то получим, что Х равен приблизительно 130000. Иначе: за 250 мсек. мозг способен выбрать нужное выражение из 130000, хранящихся в памяти. Именно столько слов и выражений мы используем в быту и своей профессиональной деятельности. Можно полагать, что двигательная система работает столь же эффективно и на тех же принципах. Так, многолетние упорные тренировки спортсменов технически сложных видов спорта (фигурное катание, например) призваны зафиксировать в моторной памяти все возможные элементы движений. И при исполнении того или иного упражнения, мозг, подобно выбору нужного слова или фразы в споре, выбирает нужное движение или его элемент из всего набора, имеющегося в памяти. Иначе: каждую четверть секунды мозг способен выбрать оптимальное движение приблизительно из 130000 возможных и зафиксированных в памяти. На одной из олимпиад знаменитая российская гимнастка Светлана Хоркина, выполняя опорный прыжок, не сумела приземлиться на ноги и лишилась золотой медали. Впоследствии выяснилось, что обслуживающий персонал установил снаряд всего на четыре сантиметра ниже положенного. И, несмотря на тысячи тренировочных прыжков, мозг не мог выбрать из памяти нужные движения для успешного приземления.
3. Распространение нервного импульса по аксону носит универсальный характер. То есть, у всех видов животных и во всех структурах, образующих их нервную систему, передача нервного импульса по аксону имеет одну природу и представляет собой последовательное изменение проницаемости смежных участков мембраны аксона для ионов калия, натрия, кальция и хлора. Это изменение проницаемости мембраны нервного волокна сопровождается изменением, так называемого, мембранного потенциала, или деполяризацией внутренней поверхности мембраны с - 70 мВ до - 20 мВ с последующей быстрой реполяризацией, то есть возвращению к прежнему потенциалу (-70 мВ). [3]. Это изменение потенциала, а вернее изменение проницаемости мембраны для разных ионов распространяется по аксону в виде одиночной волны. Такую волну физики называют солитоном. Если по земле протянуть веревку и подняв один конец ее резко опустить, по веревке пойдет одиночная волна - солитон. Другой вид солитона - разрушающая все на своем пути волна цунами. [9]. Особенностью солитонов, отличающих их от обычного волнового процесса, является независимое распространение их друг от друга, что чрезвычайно важно для реализации процессов, которые они призваны обеспечить. Именно последовательностью солитонов, следующих один за другим через разные промежутки времени и представлен процесс передачи информации по аксону.
На каждый акт передачи нервного импульса через синапс затрачивается какое-то время. И время это зависит от бесконечного числа факторов. Прежде всего, от структуры медиатора. (Многие исследователи считают, что предстоит еще найти сотни медиаторов к уже имеющимся. А если медиаторы синтезируются по механизму синтеза антител иммунной системы, то число их вообще бесконечно). Далее, от структуры воспринимающих этот медиатор рецепторов; от структуры белков, транспортирующих медиатор и от структуры спутников медиатора; от природы эстераз, дезактивирующих медиатор и от природы ферментов, разрушающих эстеразы; от структуры белков, образующих синаптические каналы и от структуры белков, образующих внутрисинаптические нити; от структуры ферментов, фосфорилирующих белок и от структуры ферментов, дефосфорилирующих его в постсинаптической клетке... и так далее. Структура, отвечающего за одни и те же процессы, или несущего одни и те же функции белка, может быть различной не только у разных видов, но и у различных особей одного вида. Эти факты, в случае синаптической передачи, означают, что малейшее изменение в структуре даже одного из множества белков, участвующих в процессе передачи нервного импульса через синапс, приводит к изменению (уменьшению или увеличению) рефрактерной фазы, то есть времени восстановления у синапса способности к проведению следующего импульса. А для механизмов, связанных с морфогенезом в условиях сравнительно ограниченного числа изначально используемых клеткой соединений, и необходимости получения огромного числа промежуточных и конечных продуктов метаболизма имеет место своеобразная конкуренция различных клеточных структур за необходимый субстрат. Создается ситуация, при которой любое изменение вероятности протекания одного процесса изменяет вероятности протекания всех других процессов. Другими словами, без большой натяжки
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
можно принять, что, с одной стороны, любой ген ответственен за все признаки организма, а с другой - за каждый из этих признаков ответственен весь геном в целом. Эта позиция, кстати, говорит о том, что выращивание функциональных органов "в пробирке", то есть вне организма невозможно принципиально (спекуляции на эту тему, связанные с возможностью сегодня выращивать эпителиальные ткани, ткани сосудов или желез, появляются постоянно, особенно в связи с разработкой SD-биопринтеров). То есть, для того, чтобы из мало дифференцированных тканей получить функциональный орган необходим организм. Таким образом, закодировав в одном гене одну полипептидную цепь, или первичную структуру белка, и запрограммировав во всей структуре генома вероятность (в том числе и нулевую) протекания процесса биосинтеза этого белка, Эволюция и обеспечила бесконечное морфологическое разнообразие живых систем. В 2015 году американские генетики включили человеческий ген в геном свиней. Это позволило улучшить качество мяса, сделав его постным. Но внешний вид этих животных шокировал исследователей. То есть, один единственный ген способен изменить направление морфогенеза. Итак, все это бесконечное число уровней регуляции синаптического процесса призвано обеспечить уникальность синапсов каждого нейрона. Уникальность эта состоит в том, что время полного восстановления синапса для возможности передачи следующего нервного импульса индивидуально для каждого нейрона или группы нейронов и строго определено. Другими словами, какой бы характер не имела последовательность импульсов-солитонов проходящая (передаваемая) по аксону, синапс того же нейрона пропустит импульсы только строго определенной частоты, не выше той, которая обусловлена природой этого синапса, или величиной его рефрактерного периода. Таким образом, химическая передача призвана обеспечить индивидуальную для синапсов каждого нейрона частоту передачи нервного импульса. То есть, посредством химической передачи происходит фурье-разложение сигнала. А способность мозга к фурье-анализу говорит о голографическом принципе его работы. Исследование характера импульсаций нейрона, конечно, связано с техническими устройствами. Необходимо в общих чертах описать эти устройства, и, прежде всего, устройство микроэлектрода (МЭ). Для изготовления МЭ используют стеклянные капилляры диаметром от 1 до 2 мм. Капилляр - это стеклянная трубочка, которая обладает интересным свойством: при локальном нагреве и вытягивании ее, она может истончаться до долей микрона (приблизительно до 0,1 мкм). Кончик МЭ с диаметром около 0,1 мкм не виден в световой микроскоп (это - за пределами его разрешающей способности), но, при этом, канал внутри нити сохраняется. Затем этот канал заполняют электролитом. Как правило, это - 0,1 - 2,5 молярный раствор KCl. Электрическое сопротивление такого МЭ при заполнении 2,5 молярным раствором KCl составляет порядка от 5*108 до 10* 108 Ом. Соответственно высока и их инертность, что не позволяет следить за быстро протекающими процессами [7]. Частота сигнала (f), которую возможно зарегистрировать, зависит от постоянной времени прибора (т). f = 1 /т Постоянная времени прибора (т) определяется произведением электрического сопротивления МЭ (R) и входной емкости прибора (C), которая составляет порядка от 50С*10"12 до 20С*10~12 Ф (Фарад), То есть x=RC, a f = 1 / т = 1 / RC. Максимальная частота сигнала, которая регистрируется этим прибором, при таких характеристиках микроэлектрода составит: f=1/(5 1*108 1* 20* 10~12)=1/ II О"2 =100 Гц. И если мы заменим стеклянный микроэлектрод на золотой того же диаметра, результат будет таким же. Из приведенных расчетов видно, что на сегодняшний день определить характер импульсаций нейронов, частота которых оценивается в 1000 Гц и более, технически не представляется возможным. И тем более определить характер импульсаций, проходящих через синапс. В статье "Химия мозга", опубликованной в сборнике "Мозг" в сентябрьском 1979г. номере журнала "Scientific American" Л.Иверсен [7, с. 163] показал гипотетический механизм блокировки возбуждения, при котором задействован синапс-синаптический контакт нервных клеток (рис. 1). Здесь выделяемый вставочным нейроном энкефалин тормозит выход вещества Р из синаптического окончания сенсорного нейрона из-за чего воспринимающий нейрон не получает (получает меньше, по версии Л.Иверсена) возбуждающей стимуляции и поэтому не посылает (посылает меньше) импульсов в головной мозг. Такой же механизм представлен в статье Э.Кэндела "Малые системы нейронов" [7, с. 77]. Хорошо видно, что группа нейронов с присутствием синапс-синаптической передачи представляет собой модель транзистора. То есть, теоретически мы можем показать, как мозг способен производить логические операции.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070
Рисунок 1
4. На сегодняшний день, исследователи тщетно пытаются дать определение понятию "Эмоции" и понятию "Сознание", зачастую, подобно В.О.Леонтьеву, перечисляя необходимые и достаточные, с его точки зрения, признаки сознания. Американский психиатр Дж.Бирс признает, что ему не известны никакие физиологические или нейрофизиологические данные или теория, которая бы объясняла или хотя бы определяла сознание. Е.Харт, профессор физики, много лет посвятивший изучению мозга, считает, что слишком рано было бы думать, что появится наука о сознании. С его точки зрения, закономерности пока слишком неясны, а тайны слишком глубоки. Что касается эмоций, то, по мнению П.Фресса, отличительной их чертой является дезорганизующее влияние на текущую деятельность. Их появление ведет к понижению уровня адаптации. Д.Линдсли так же считает, что появление эмоций, безусловно, сопровождается ухудшением выполняемой деятельности. Но выше отмечалось, что любые осознаваемые действия совершаются медленнее, неувереннее и с худшими результатами, чем неосознаваемые. Выше приведенные высказывания призваны утвердить следующее положение: эмоции - это не атрибут сознания, это - не свойство сознания, не функция сознания, эмоции - это и есть сознание. То есть, в разных терминах, посредством различных понятий, с разных сторон мы описываем один и тот же феномен. Иначе: в разных контекстах один и тот же аспект психики мы можем описывать как в терминах эмоций, так и в терминах сознания. А зачем Природе, Эволюции или Господу Богу (кому как удобно) понадобилось наделять Человека сознанием? Да ни зачем! Сознание - это побочный эффект, довесок к несравнимо более важному эволюционному приобретению.
5. На сегодняшний день представляется очевидной следующая схема работы мозга: периферические нейроны, или рецепторы принимают из внешней и внутренней среды механические, термические, химические, электромагнитные воздействия. Преобразуют эти воздействия в последовательность импульсов и передают в определенные структуры мозга. На этих структурах происходит взаимодействие поступившей в таком виде информации с периферии и поступающей в таком же виде информации из памяти. Остается понять: что это за структуры мозга, каков биохимический и биофизический механизм памяти и главное, что представляет собой это взаимодействие. На наш взгляд, схема, при которой происходит взаимодействие восходящих потоков информации с нисходящими, делает ненужным предполагаемый механизм, так называемой, реверберации нервных импульсов по локальным замкнутым нейронным сетям, принятый многими исследователями. Итак, на определенном этапе любое событие, зарегистрированное рецепторными системами, преобразуется в последовательность нервных импульсов. Хаотично и непрерывно изменяющийся аналоговый сигнал от рецепторов превращается в хаотичную же последовательность импульсов. Эти импульсы, по мнению ряда исследователей, могут алгебраически суммироваться (то есть,
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
учитывается знак импульса). Иначе, возбуждающий и тормозной импульсы взаимно вычитаются на определенных специализированных нейронах. Далее происходит разложение этого хаотичного набора импульсов на гармонические частоты - Фурье-разложение. Это происходит, как было показано выше, посредством химической передачи нервного импульса. Поступившие в такой форме импульсы от рецепторов на каких-то структурах и каким-то образом взаимодействуют с импульсами, поступающими из "памяти". Пусть это будут, пока гипотетические, "нейроны памяти". Коль скоро, импульсации, поступающие от этих нейронов, должны взаимодействовать с гармоническими импульсациями, пришедшими от рецепторов после Фурье-разложения, то логично предположить, что наши гипотетические "нейроны памяти" должны "выдавать" гармонический же сигнал. Это первая характеристика предполагаемых нейронов. А вот по какому принципу, и в каком режиме они импульсируют? Кто или что подает команду этим нейронам импульсировать? На наш взгляд, имеется только одна возможность, отвечая на эти вопросы, не попасть на крючок гомункулуса. Это предположить, что наши, гипотетические пока, "нейроны памяти " импульсируют спонтанно и постоянно. Импульсируют на протяжении всей нашей жизни, все вместе и одновременно, с разными собственными частотами (в литературе - это фоновые частоты), синхронизируя, таким образом, все процессы в организме. Френсис Крик в статье "Мысли о мозге" пишет: - "Существует так много способов, какими наш мозг мог бы перерабатывать информацию, что без существенной помощи прямых экспериментальных фактов (а они обычно малочисленны) мы вряд ли сделаем правильный выбор... И, если в исследовании головного мозга действительно произойдет прорыв, то, вероятно, это будет на уровне общего управления системой. Если бы система была такой хаотичной, какой она иногда кажется, мы не могли бы выполнять удовлетворительно даже самые простые задачи. Если взять возможный, хотя и маловероятный пример, то мощным прорывом явилось бы открытие, что работа мозга производится фазически, каким-то периодическим часовым механизмом, подобно компьютеру" [7, с. 274]. С нашей точки зрения этим "периодическим часовым механизмом" и могут являться спонтанно, постоянно и синхронно импульсирующие нейроны - "нейроны памяти". О таком характере импульсаций говорит тот факт, что и при тяжелых физических нагрузках, и при напряженной умственной работе, и в период сна мозг работает одинаково интенсивно. Майкл Арбиб в монографии "Метафорический мозг", обсуждая "голографическую метафору", пишет: - "Нам кажется, что в нейронном аналоге голограммы (если таковой существует) роль эталонного пучка должна играть текущая нейронная активность. "[1, с.263]. В нашей интерпретации таким "эталонным пучком" могут являться постоянно и спонтанно импульсирующие нейроны. "Характерным для нервных клеток, - читаем в книге Н.Н.Даниловой и А.Л.Крыловой, - является прогрессирующее увеличение в них в течение индивидуальной жизни числа открытых для синтеза уникальных кодонов ДНК, чего не происходит в тканях других органов. В частности, у эмбриона человека в возрасте 22 недель число гибридных молекул ДНК/РНК, то есть общее число генов, активных в нервной клетке, составляет 8,2%, а у взрослого человека эта величина достигает 24,6%, а в некоторых зонах мозга - 38%, тогда как в мышцах, например, с возрастом она не меняется" [5]. С нашей точки зрения, именно необходимостью синтеза все новых медиаторных комплексов и обусловлено такое увеличение числа активных генов. А это приводит к изменению собственных частот импульсации нейронов, ответственных за функционирование памяти.
Можно ожидать, что увеличение синтеза белка в нейронах более интенсивно происходит в периоды, так называемой "импринтной уязвимости" (imprinting - запечатление). Это периоды, в которые резко меняется поведение индивида и приобретаются новые навыки. В течение жизни у человека появляется множество импринтов - жестко заданных программ поведения. Прежде всего, импринтируются: видовая аутоидентификация, прямо хождение, язык, социализация, или принадлежность к той или иной социальной группе (это может быть религиозная община или преступное сообщество). Малолетние убийцы в армиях Пол Пота, колумбийских наркобаронов, сомалийских пиратов, террористов ИГИЛ, равно, как участники детских крестовых походов в средневековье и т.д., были импринтированы (или зомбированы) в определенные периоды жизни. В сегодняшней Украине дети импринтируются на ненависть к России. Наиболее уязвимы для такого импринтирования-зомбирования подростки в период полового созревания. Импринтируются даже гастрономические пристрастия. Не каждый россиянин, к примеру, станет есть змей, тараканов, личинок насекомых, лягушек, собак и т.п., даже серьезно голодая, хотя это и вкусно, и полезно, и принято у многих
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
народов. Импринтируется и грамматика родного языка при чтении. И такая особенность речи, как акцент, при общении на иностранном языке, от которого почти невозможно избавиться, так же импринтируется. По сути, импринт - это тот же инстинкт, но приобретенный в онтогенезе.
Иногда люди после крайне стрессовых, или шоковых состояний, запредельного воздействия физических факторов: удара молнии, вероятности утонуть, катастрофы, вызвавшей клиническую смерть и т.п., обнаруживали у себя способности, которыми прежде не обладали. Кто-то начинал сочинять стихи, кто-то заниматься живописью, у кого-то проявлялись, так называемые, экстрасенсорные способности. С нашей точки зрения, этот феномен объясняется резким увеличением синтеза новых медиаторов, вызванных действием вышеназванных факторов, и, соответственно, приобретенной способностью мозга к более тонкому анализу поступающей от рецепторов информации. Схожий по механизму феномен - потеря автобиографической памяти. Только в этом случае, с нашей точки зрения, блокируется, по какой-то причине, синтез ряда медиаторов в определенных структурах мозга.
Итак, фиксация объекта или события в памяти осуществляется посредством изменения собственной частоты импульсации специфических (специализированных) нейронов, тех самых "нейронов памяти". Временное изменение собственной частоты импульсации обеспечивает кратковременное запоминание. Постоянное изменение собственной частоты импульсации представляет собой постоянную память. В такой интерпретации, до самого момента "воспроизведения" объекта или события никаких энграмм, или следов памяти в мозге не существует. Под памятью, в настоящем контексте, будем понимать способность мозга воспроизводить в некоей форме объект или событие в их отсутствие. Это и есть то эволюционное приобретение, которое привело к возникновению такого побочного продукта, как "сознание". То есть сознание - это итог процесса эволюции памяти. Покажите кошке кусочек мяса и бросьте его в недоступное для животного место. Кошка будет искать мясо в течение 1 - 2 секунд. Спросите у 7 - 8 месячного малыша, где его любимая игрушка. Ребенок будет искать свою игрушку поворотом головы и всего тела. И производить эти движения приблизительно 10 секунд. Ну, а молодой человек сохранять в памяти образ своей возлюбленной может, по-видимому, бесконечно долго. Итак, памятью, то есть, возможностью воспроизводить объекты или события в их отсутствие, в предлагаемом здесь значении, могут обладать лишь птицы и млекопитающие. А такой особенностью, как автобиографическая память, обладают, по-видимому, в разной степени, только высшие приматы. Мы договорились, что сознание (осознание) возникает на некотором этапе филогенетического развития и эволюционирует вместе с памятью. Правомерно обсуждать вопрос об осознании животными боли, как начальном этапе возникновения сознания. Другими словами, чтобы чувствовать боль, ее надо осознавать. То есть, животные по организации ниже птиц и млекопитающих не должны "чувствовать" боли. Этот момент необходимо обсуждать, поскольку порой ситуация доходит до абсурда, когда некие активисты предлагают запретить на медицинских и биологических факультетах препарирование примитивных животных, озаботившись их, животных, страданиями. То же касается "борцов" с абортами.
Исходя из выше изложенного, под сознанием будем понимать способность мозга оперировать этими "отсутствующими" объектами или событиями, то есть абстрактными символами. Эволюция рецепторных систем всегда опережала эволюцию структур, анализирующих поступающие от рецепторов сигналы. То есть, возможности рецепторных систем у всех нас одинаковы. А вот возможности мозга интерпретировать информацию от рецепторов очень разняться от индивида к индивиду. И зависит это от генетически детерминированной способности мозга каждого индивида к синтезу большего или меньшего числа медиаторов, и, соответственно, разной способности мозга к фурье-анализу, или более или менее тонкому анализу поступившей от рецепторов информации. Соответственно, возможности людей, в том числе интеллектуальные, как от человека к человеку, так и от народа к народу, могут существенно разниться. Такая интерпретация может привести к обвинению авторов в расизме. Ну что ж, и великого исследователя, и гуманиста лауреата Нобелевской премии Джеймса Уотсона, одного из открывателей структуры ДНК, в свое время, обвиняли в расизме. Большинство исследователей разделяют идею реверберации нервных импульсов как основу кратковременной памяти. (Выше мы выразили сомнение в существовании самого механизма, так называемой, реверберации). Механизмы работы мозга одинаковы как у существ, обладающих сознанием или
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
его элементами (вид homo sapiens, например), так и у существ, таким качеством не обладающих. В нашей схеме, когда память определяется, как способность мозга воспроизводить объекты в их отсутствие, а это уже элемент сознания, реверберация нервных импульсов, в качестве механизма памяти, представляется неадекватной. В противном случае, придется признать, что животные по организации ниже млекопитающих и птиц, так же обладают элементами сознания. Постоянные и спонтанные импульсации происходят и в нейронах моторной памяти. То есть, сигнал сокращаться поступает от этих нейронов постоянно на все мышцы нашего тела. Однако доходят эти сигналы только до тех мышц, которые обеспечивают наиболее адекватное, на данный момент, движение или действие. Сигналы от других нейронов к другим мышцам блокируются на определенных структурах импульсами от "нейронов-антогонистов" посредством синапс -синаптической передачи. Для того, чтобы нисходящий сигнал от нейрона моторной памяти прошел к своей мышце-мишени необходим внешний восходящий сигнал от рецепторов или сигнал из высших отделов мозга, которые погасят блокирующий сигнал. Такой механизм позволяет обеспечить работу мозга в ждущем режиме. Для каждой модальности от одних и тех же рецепторов до центральных отделов мозга существуют несколько независимых путей (трактов). Такое разделение сигнала происходит для реализации разных процессов. Одни пути ведут к нейронам, ответственным за запоминание и изменяют их собственную частоту импульсации и фиксируют, таким образом, событие в памяти. Импульсы, проходящие по другим путям, на определенных структурах взаимодействуют с нисходящими импульсами от спонтанно и постоянно импульсирующих "нейронов памяти". Человек поскользнулся на арбузной корке. Он начинает балансировать руками, переступать с ноги на ногу, изгибать тело и т.д. И, в конце концов, восстанавливает равновесие. Если внешнее воздействие выводит организм из равновесия, а нервно-мышечная система возвращает его к состоянию равновесия, то в мозге должна существовать структура, которая так же, будучи выведенной из равновесия, возвращается к нему при завершении действия. Другими словами, должна существовать структура, на которой происходит блокирование сигналов нейронов разных модальностей. Это касается и моторной, и интеллектуальной деятельности. Такой структурой в мозге могла бы быть подушка таламуса. Это ядро, функция которого до сих пор не ясна, становится все крупнее в филогенетическом ряду, достигая наибольших размеров у человека. Таких структур может быть много. М. Арбиб отмечает: - "Все упомянутые тракты на самом деле не изолированы ..., а взаимодействуют друг с другом. Параллельно с классической последовательностью восходящих нейронов можно заметить и нисходящую систему, связывающую в обратном направлении те же самые узлы промежуточной обработки информации" [1, c.191 - 192]. То есть, любой такой "узел", может быть той структурой, на которой происходит взаимодействие восходящих и нисходящих сигналов (блокирование сигналов нейронов разных модальностей). Иначе, структуры мозга, выведенные из равновесия внешним воздействием (от рецепторов), последовательно восстанавливают это равновесие, возвращая эти структуры в предыдущее состояние. Под равновесием в любой из структур мозга будем понимать состояние, при котором импульсации нейронов одной модальности компенсируются импульсациями нейронов другой модальности. А это может происходить, если импульсируют эти нейроны на одной частоте. Для этого эволюции и понадобилось фурье разложение сигнала. Понятно, что дискретность этих процессов составляет 250 миллисекунд. Можно предположить, что сам этот процесс и представляет собой осознание. Завершение процесса приводит к исчезновению события из сознания, или переходу из осознаваемой формы в неосознаваемую.
6. Изменение собственной частоты импульсации нейронов, ответственных за запоминание может происходить при достижении сигнала от рецепторов через ряд промежуточных структур до этих самых нейронов. Достигая нейрона-мишени, импульс обеспечивает проникновение медиатора в клетку. Последний, воздействуя на определенный локус ДНК, вызывает изменение в синтезе компонентов медиаторного комплекса и, соответственно, меняет собственную частоту импульсации. Остается открытым вопрос: "нейроны памяти" могут иметь одну, несколько или много собственных частот импульсаций (последние варианты теоретически возможны и просто реализуемы). Выше отмечалось, что разгадать принципы работы мозга, отнюдь не означает понять феномен сознания. Механизмы работы мозга почти одинаковы как у животных, обладающих сознанием или его элементами, так и у примитивных животных. В чем же различие этих механизмов? На наш взгляд, существа, обладающие сознанием или его элементами, отличаются тем,
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
что нейроны, отвечающие за запоминание, могут менять собственную частоту импульсации не только под действием внешнего сигнала от рецепторов, как у примитивных животных, но и получая сигналы, от аналогичных "нейронов памяти" других структур мозга. Проще, одни "нейроны памяти" могут через структуры таламуса менять собственную частоту импульсаций других "нейронов памяти". Побочный эффект
- сновидения. Их видят лишь существа, обладающие сознанием или его элементами (то есть, все млекопитающие и птицы). В рамках обсуждения такого понятия, как "память", примем во внимание следующие моменты: многие исследователи считают, что привыкание является простейшей формой обучения или запоминания. И по Э.Кэнделу [8], механизм такового привыкания состоит в депрессии синаптической передачи, а восстановление работы синапса равнозначно забыванию. А вот канадский физиолог Дональд Хебб еще в 1949 году предположил, что если через данный синапс импульсы какое-то время идут чаще обычного, то в нем происходят перестройки, облегчающие прохождение сигнала. И если такое произойдет по всей цепочке нейронов, то в следующий раз сигнал, поступив в одно из ее звеньев, вызовет срабатывание всего ансамбля. Формирование такой устойчивой цепочки нейронов с "облегченным запуском" и есть элементарный акт запоминания. А сама она - не что иное, как энграмма, материальный след события. Многие исследователи с этими рассуждениями Д.Хебба согласны. Но, что же, в таком случае, считать "элементарным актом запоминания" или "материальным следом события": депрессию синаптической передачи по Э.Кэнделу или облегчение прохождения сигнала через синапс по Д.Хеббу? И, вообще, не ясно, что понимать, с физической точки зрения, под понятиями "депрессия синаптической передачи" и "облегчение прохождения сигнала" при импульсном способе передачи возбуждения, постоянной частоте и амплитуде? Ряд исследователей такое "облегчение" прохождения сигнала через синапс связывают с постоянным присутствием ионов Са ++ и, соответственно, медиаторов в синаптической щели. Но с физической точки зрения в случае импульсного способа передачи сигнала, при постоянном нахождении медиатора в синаптической щели, синапс не только не станет более эффективным, но вообще перестанет работать. Выше мы представили, на наш взгляд, более адекватный механизм организации памяти. Этот механизм ближе к идее Э.Кэндела, но у него привыкание, связанное с депрессией синаптической передачи,
- пассивный процесс. Хотя процесс запоминания просто обязан быть очень активным.
Вернемся к механизму движений. Прежде всего, напомним анатомическую особенность мышечной системы. Нейрон не может послать мышце команду "расслабиться" (максимум, что он может сделать, - это перестать посылать мышце команду сокращаться). Поэтому, мышцы животных, как правило, сгруппированы в антагонистические пары. Сокращение одной из мышц такой пары вызывает расслабление другой. Так, одна группа мышц заставляет нас разогнуть руку в локте, а другая - согнуть ее. И если нам надо разогнуть руку, мы не командуем мышцам-сгибателям расслабиться, а просто перестаем заставлять их сокращаться. (Разумеется, это делает наш мозг, без какого бы то участия нашего "Я"). После чего они автоматически расслабляются при сокращении мышц-разгибателей или же это происходит под действием механических сил
- силы тяжести, например. Вспомним, что на элементарном (элементном) уровне в живых системах работает принцип: "все или ничего". В данном случае мышечное волокно не может сократиться "частично", оно сокращается на максимально возможную величину. А сила сокращения всей мышцы зависит от количества сокращенных волокон. То же самое происходит в кровеносной системе. В каком бы ритме не работало ваше сердце, какое бы давление не нагнеталось в аорту, и с какой бы скоростью не текла кровь по вашим "жилам", скорость ее движения по капиллярам всегда постоянна. А чтобы обеспечить более эффективную "прокачку" крови просто в работу включаются большее число капилляров, до того не задействованных. Итак, к каждой двигательной единице подходит окончание мотонейрона, от которого поступает команда на сокращение этой мышцы. (Под двигательной единицей будем понимать либо мышечную клетку, либо несколько мышечных клеток, объединенных в мышечное волокно, либо мышцу, состоящую из нескольких волокон, которые иннервируются одним мотонейроном). На каждой такой двигательной единице расположен проприорецептор, или проприоцептор (термин придумал Уайдлер Пенфилд), который подает восходящий сигнал, свидетельствующий о том, что мышца сократилась. Из изложенного выше можно заключить, что всякое сокращение двигательной единицы приводит к "срабатыванию" проприоцептора. Причем сигнал этот строго определенной частоты и амплитуды, то есть он не может быть сильнее или слабее, как не может
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
быть сильнее или слабее само сокращение мышечного волокна (двигательной единицы). Тогда возникает вопрос, каким же образом проприоцепторы участвуют в корректировке движений (регулировке мышечных сокращений)? Ответ напрашивается сам собой: проприоцептор просто блокирует поступающий на мышечное волокно сигнал. И вероятнее всего это происходит на мотонейронах в спинном мозге. В предлагаемой версии первоначально в каком-либо движении задействовано гораздо больше мышечных волокон, чем требуется для совершения оптимального движения. Это может заметить каждый при совершении какого-либо нового или неожиданного для себя движения. Корректировка движения заключается в последовательном выключении из процесса лишних мышечных волокон. То есть, при каждом сокращении мышечного волокна, проприоцептор подает команду на "отключение" или блокировку сигналов от мотонейрона. А приблизительно через четверть секунды внешние рецепторы могут вновь подать (или не подать) команду на сокращение. Правдоподобность такой схеме придают следующие рассуждения: С одной стороны, на каждую двигательную (нервно-мышечную) единицу опосредованно могут воздействовать десятки рецепторов разных модальностей (зрительные, слуховые, тактильные, термо-, хемо-, болевые и т.д). С другой стороны, каждый из этих рецепторов так же опосредованно воздействует на множество мышечных волокон. А это говорит о статистическом принципе работы нервно-мышечной системы, т.е. при тех или иных движениях с большей вероятностью будут сокращаться те мышцы, на которые опосредованно приходят сигналы от большего числа рецепторов разных модальностей.
В контексте настоящего исследования все рассуждения мы проводим строго в рамках так называемой "центральной догмы нейробиологии". Это предполагает, что все нормальные функции здорового мозга и все их патологические нарушения, какими бы сложными они ни были, равно как и всякого рода его, так называемые, экстрасенсорные возможности можно, в конечном счете, описать исходя из свойств основных структурных компонентов мозга. Однако, кроме попыток материалистического описания психических процессов, чувственный мир может описываться и в терминах теологических философских учений, и в терминах, всякого рода, эзотерических учений. И если физические, химические, технические и все прочие материалистические научные школы могут игнорировать такие способы описания, то нейробиология позволить себе такого не может. Ведь без таких теологических и эзотерических практик, как, например, практики психосоматические (исцеление верой), равно, как и феномен плацебо, практики НЛП (нейролингвистического программирования), магические и шаманические практики, дианетические практики; равно как гипнотические практики, практики психокодирования и психокоррекции (И.В.Смирнова), практики психоанализа (З.Фрейда) и т.д., целый спектр возможностей человека и его мозга просто не были бы обнаружены. Казалось бы, все эти практики противоречат идее вторичности осознания по отношению к действию. Простыми рассуждениями можно показать, что это не так.
Существуют изощренные методики, позволяющие исследователю задавать вопросы испытуемому (пациенту) с расщепленным мозгом, то есть с рассеченным мозолистым телом. По мнению крупнейшего специалиста в области хирургических операций по разделению полушарий мозга, лауреата Нобелевской премии Роджера Сперри, каждое полушарие имеет свои собственные ощущения, восприятия, мысли и идеи, полностью обособленные от соответствующих внутренних переживаний другого полушария. Каждое полушарие имеет свою собственную цепь воспоминаний и усвоенных знаний, недоступных для другого, и, как бы, отдельное собственное мышление. То есть, в мозге представлены, как бы, две личности, причем (известно наблюдение), когда одна личность может считать себя атеистом, тогда как другая - глубоко верующим человеком. В нашей схеме, механизм осознания будет состоять в процессе последовательной компенсации импульсаций "нейронов памяти" одного полушария (аналог одной модальности) импульсациями соответствующих (гомологичных) "нейронов памяти" другого полушария (аналог другой модальности) на определенных структурах. (Возможно это подушка таламуса или другие таламические структуры).
В одном из своих интервью, доктор биологических наук Александр Каплан заметил, что на сегодняшний день в исследовании мозга накоплено огромное количество экспериментальных данных, которые мы не можем интерпретировать. С нашей точки зрения, предлагаемая здесь схема работы мозга позволяет целому ряду наблюдаемых феноменов мозга дать адекватную интерпретацию.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
Настоящая обобщающая работа предполагает публикацию серии статей, которые призваны реализовать идеи авторов в возможности описании принципов и механизмов работы мозга. Список использованной литературы:
1. Арбиб М. Метафорический мозг. Москва, "Мир", 1976 г.
2. Блум Ф. Лейзерсон А. Хофстедтер Л. Мозг, разум и поведение. Москва, "Мир", 1988 г
3. Глебов Р.Н. Мог синапсы и передача информации. М., "Знание", 1984 г.
4. Глезер В.Д. Зрение и мышление. Л., "Наука", 1985 г.
5. Данилова Н.Н., Крылова А.Л. Физиология высшей нервной деятельности. Ростов-на-Дону, "Феникс", 2005 г.
6. Демидов В.Е. Как мы видим то, что видим. М., "Знание", 1979 г.
7 "Методы изучения мембран растительных клеток" сб. ЛГУ, 1986 г.
8. "Мозг" сб. М., "Мир", 1982 г.
9. Филиппов А.Т. Многоликий солитон. М., "Наука", 1986 г.
© Синий Ю.Е., Сидоров А.А., 2016
